MANCHESTER
417. — Données. — Dans le but de préciser les règles développées dans les paragraphes précédents, nous considérons un type de
machine défini et nous en calculerons les dimensions en vue de répondre à certaines conditions déternïinées. Nous adopterons le type Manchester, fig. 224, qui* se' distingue par sa stabilité, par la symétrie du champ de rentrefer due à l'emploi de circuits magnétiques dérivés et enfin par la simplicité de sa construction.
Les conditions imposées sont les suivantes :
La machine excitée en dérivation doit produire à pleine charge une différence de potentiel aux bornes de 65 V.
Débit maximum : i5o A.
Puissance utile : i5o.65 = 9 750 W.
, Vitesse angulaire : i 100 tours par minute (*).
Fig. 224.
On a afFecté des indices a, d les quantités qui se rapportent res«» pectivement à Tarmature et à Tenroulement en dérivation.
418, — - Calcul de l'induit. — L'induit est un anneau Gramme, dont Tâme est constituée par des disques isolés en tôle de fer doux.
(*) Les détails de ce projet ont été' étudiés par MM. De Bast et Grottendieck, élèves de l'Institut électrotechnique Montefiore.
Gommé dans tous les projets effectués par les élèves de cet In^tilut, les opérations numériques ont été faites à la règle à calcul de 26 cm.
Admettons, dans le fil induit, une perte de 4,5 pour 100 de la puissance utile, soit 438 W.
La résistance de Tinduit est déduite de la condition r« /„» ^438, où ta diffère peu de 1 5o. On en tire r« = 0,019 O,
Exigeons, pour le noyau de l'induit, une surface de refroidissement de 5 cm^ par watt transformé en chaleur et soient X«, 8«, g^ respectivement la longueur, le diamètre extérieur et l'épaisseur du noyau de l'armature exprimés en centimètres.
On doit avoir
^^a'>^a + 2lzZaZa= 5.438.
Adoptons ensuite les rapports
r — ^^ — = 5; il vient
La vitesse périphérique de l'âme est donc
^ . 25,6 . iioo
^ = Ï470 ^^ par seconde.
ce qui n'a rien d'exagéré.
La double section de l'âme de l'induit par un plan axial est
2 X^ £<, = 174 cm*.
En déduisant la section des rondelles de papier interposées entre les plaques de tôle, on obtient pour le fer seul
2 Sa = 0,85 . 174 = 148 cm^.
Le nombre de spires à enrouler sur l'induit est donné par
"'' = NXio-«'' '''
où e représente la différence de potentiel imposée, augmentée de la perte due à la résistance intérieure de la machine, soit
Adoptons comme induction magnétique maxima dans le fer de l'armature âJ^ ::= 17 000 C. G. S., ce qui correspond à une densité de
544 MACHINES DYNAMO-ÉLFXTRIQUES.
flux moyenne à travers la section totale du noyau, isolant compris, de
17 ooo . o,85 = 14 45o C. G. S,
On a
X = 6ia . 2 Sa = 17 000. 148 = 2,515 . 10®.
En portant ces valeurs dans la formule ( i ), où Ton remplace
N par — ^ — ^ on obtient pour ria environ 148 spires. Avec 74 lames
au collecteur, on arrive à deux spires par lame, et, entre deux touches consécutives, à une différence de potentiel d'environ 2 volts. La longueur du fil induit est donnée approximativement par
la=zna'2 (Xa f «a) = 6 45o Cm.
D'autre part, la formule suivante relie cet clément à la résistance Ta, au diamètre du fil da et à la résistance spécifique p, prise égale à 2.io~* 0-cm, afin de tenir compte de réchauffement du fil :
'-la
d'où, en remplaçant, da = 0,468 cm.
Avec un guipage en 3 couches augmentant le diamètre d'environ 0,09 cm, on pourra loger aisémîent toutes les spires à l'extérieur de l'induit en une seule couche ; ce qui donnera à l'anneau bobiné le diamètre de 26.7 cm. En laissant o,25 cm d'épaisseur pour les frettes et le jeu de Tarmature, on arrive à 27,2 cm pour le diamètre d'alésage des pièces polaires et l'on est conduit à un entrefer de 0,8 cm.
Les valeurs ainsi calculées donnent dans l'induit une densité de courant de 4,36 A par mm*.
On aurait pu procéder d'une manière différente. Étant donnés le nombre de spires et le diamètre de l'armature, on cherche le diamètre à donner au fil recouvert pour remplir l'espace disponible à l'extérieur de l'anneau et pour loger aisément le conducteur entre les croisillons soutenant le noyau sur l'arbre. La résistance et la perte de l'induit sont alors déduites du calcul.
419. — Calcul des inducteurs. — Le flux de force magnétique total qui doit circuler à travers Tinduît pour que la machine développe 67,85 volts de force électromotrice totale en régime normal est
DZ = 2j5i5 . 10^ C. G. S.
Le système inducteur de la machine Manchester est à circuit magnétique double. Chaque branche dérivée figurée dans le dessin comprend un'noyau en fer forgé de section carrée, destiné à recevoir Tenroulement, la moitié des pièces polaires en fonte et un demi-anneau en fer. Il suffit de faire le calcul pour un de ces circuits. Le flux utile dans le demi-anneau est
lorsque l'induit fonctionne en pleine charge.
En admettant entre le flux dans les inducteurs et le flux dans rinduit le rapport v = i ,45 , on obtient, pour le flux dans les noyaux des bobines,
S(Li= 1,45 %a = 1,823 . io«C. G. s.
En se donnant
Sa ___6^ S/ 10'
on trouve
S/ 123,4 cm^
et alors
Admettons, dans les inducteurs , une perte en chaleur de 7 pour 100 de la puissance utile, ou 683 w^atts, et supposons que la hauteur des noyaux soit H, = 3i cm, dimension cadrant avec le diamètre de Tinduit.
Les pièces polaires en fonte sont, par hypothèse, traversées par le même flux que les noyaux. En donnant le rapport de la section de Tarmature à celle des masses polaires
Sa 33
Sp 100
on déduit
Sp = 224,5 cm^ et
Ces dimensions déterminent la carcasse de la machine qui est esquissée dans la fig. 224, Il y aura lieu d'apporter à cette carcasse certaines modifications en vue de Tadapter au socle de la dynamo. La pièce polaire inférieure pourra, par exemple, être moulée avec le socle. En outre, il conviendra de ménager des étranglements de section au milieu des pièces polaires dans le plan vertical passant par Taxe de l'induit, afin de réduire les flux magnétiques transversaux, § 35i.
On remarquera que les inductions admises dans les diverses parties du circuit magnétique sont assez élevées, particulièrement dans les inducteurs. Dans beaucoup de bonnes machines actuelles, les inductions adoptées sont plus faibles , afin de réduire la résistance du circuit magnétique et de diminuer la dépense d'excitation.
Lesr dimensions indiquées ci-dessus permettent de calculer les ampères-tours. On a :
4n (nid id — - ria -) lO"* = ^a (^a + -^e) + V ^a (^p + ^/). €\a — ■ c^ y ttlc — ^ , cap — ^ , &\.i —
H-a Sa' Se' H-/> Sp' ' R S/
En posant ^a == i,258 . 10*, on trouve dans les tables, § 62, les valeurs i^a, f^^p, v-t des perméabilités correspondant aux inductions magnétiques
-"ô — — *^a> ~~ô — »*>/>> ô — *wf >
ces valeurs sont
|i.a= 161; |xp = 97; |x/ = 585.
Les longueurs moyennes des lignes de flux relevées sur le croquis Font approximativement
La = 32,1 cm; L^. = 1,6 cm; Lp== 60 cm; L/ = 3i cm.
Les sections des diverses parties du circuit magnétique considéré ont des aires
Sa = 74 cm^; Sp = 224,5 cm^; S,- = 128,4 cm^.
La section de l'entrefer s'obtient, d'après MM. Hopkinson, en ajoutant à la surface polaire, laquelle s'étend sur un arc de lio®, deux bandes latérales égales aux 0,8 de l'épaisseur de l'entrefer. On arrive, pour la demi-surface englobée dans le circuit magnétique envisagé, à
Se = - 7î . ^^ . 17 + o,£ . c,8. 17 = 246 cm2.
A l'aide de ces résultats, on trouve
SP^a(^a + ^e) = I1S7O ^i (<Ry, -f ^1) = 5820.
Ce sont là les valeurs des forces magnétomotrices nécessaires pour créer les flux magnétiques dans les diverses parties de la machine en pleine charge ou, en d'autres termes, les différences de potentiel magnétique développées dans les diverses parties de la carcasse de la dynamo, § i53.
Par suite, en admettant - = ô» valeur forcée dans le dessein de
compenser, par un excès d'ampères-tours inducteurs, les diverses pertes constatées dans les induits, on a
4 7ç (mdid— ^ . 14^- —~\ 10-^ = Ï7390»
d'où ma id = 17 55o ampères-tours.
La perte admise dans les inducteurs étant 683 W, on pose
f rfî ra = 683
avec
rd
d'où id = 10,5 A, Trf = 6,18 O.
Les bobines magnétisantes étant mises en série, chacune d'elles aura une résistance de 3,09 O. Le nombre de spires d'une bobine est
md =— — E" = 1670.
La section droite d'un noyau inducteur est un carré de 1 23,4 ^^ » ce qui correspond à des côtés de i i,i cm. En admettant, comme première approximation, une épaisseur de 8 cm pour la bobine, on trouve que la longueur moyenne d'une spire est de 4 (i i,i + 8) = 76,5 cm.
La section du fil peut donc se déduire de la formule
qui donne Sa =0,0827 cm^. On est ainsi conduit à un diamètre de o,32 cm, soit 0,38 avec un guipage en deux couches. La densité de courant atteint, dans ces conditions, i,3 A par mm^ environ.
Sur une hauteur utile de 3o cm, on logera 79 spires et le nombre de couches sera de 21 , ce qui donnera à Tenroulement une épaisseur de 8 cm et une surface de refroidissement de 3260 cm*.
A titre de vérification , on remarquera que réchauffement des inducteurs indiqué par la formule de M. Esson , § 389, est
fi = — r-r-^- = 370 c,
nombre voisin de la limite tolérée.
La perte par hystérésis dans l'induit est , par cm^ et par cycle , sous rinduction de 17000 C. G. S., § 326, 12000 ergs, et par seconde, dans Tarmature entière ,
7c(25,6 — 15,4 ) 12000 ^, iioo ^ --- ^X 0,85. i7X-j^ X-g^=io6W,
soit 1,1 pour 100 de la puissance utile.
Ce calcul , donné à titre d'exercice , ne peut prétendre à fournir une solution rigoureuse du problème. Les résultats ne constituent qu'une première approximation , car on a dû supposer connue la perméabilité du fer et de la fonte employés et admettre un coefficient arbitraire pour le calcul des spires antagonistes. Les nécessités de la construction peuvent d'ailleurs amener à modifier certaines dimensions.
Les machines alternatives, qu'on peut considérer comme dérivées de la machine théorique décrite au § 3 12, ont précédé les machines à courant continu, dans lesquelles le redressement du courant exige des dispositions assez complexes. Les machines alternatives furent délaissées, il y a quelques années, pour les dynamos à courant continu, mais le succès récent des distributions par courants alternatifs et transformateurs a appelé Tattention sur les premières.
En général, les alternateurs sont destinés à la production de courants de haute tension et de courte période; la fréquence^ c'est à dire le nombre de périodes par seconde, varie dans la pratique, entre 40 et 140. Pour cette raison, Tinduit de la machine ne peut être réduit à une seule bobine , comme dans la machine Siemens décrite au § 3i5, car il faudrait donner à Tarmature une vitesse angulaire excessive pour atteindre la fréquence désirée, et il y aurait du danger à superposer, dans Tenroulement, des spires maintenues à des potentiels très différents. On est obligé de diviser Tinduit en un certain nombre de bobines distinctes, passant successivement dans des champs magnétiques produit par un inducteur multipolaire.
420. — Classement des alternateurs. Induit à disque. Système Wilde-Siemens. — Les alternateurs peuvent être classés, comme les machines continues, d'après la forme de Tinduit, qui est à tambour, à anneau ou à disque. Cette dernière forme, qu'on emploie fréquemment, est caractérisé par cette particularité, non rencontrée dans les dynamos continues correspondantes, que les bobines constituant le disque possèdent parfois des noyaux de fer doux. Tel est le cas de la machine Wilde-Siemens.
La fig. 225 montre quelques éléments détachés de Tinduit et de rinducteur de cet alternateur. Deux séries d'électro-aimants inducteurs fixes, disposés suivant deux couronnes parallèles , sont parcourues par des courants continus ; entre les pôles en regard très
550 MACHINES DYNAMO-ÉLECTIQUES.
rapprochés, se développent des champs magnétiques dont le sens change d'une paire de pôles à la suivante. L'induit mobile est constitué par une troisième couronne formée de bobines pourvues de noyaux en fer doux et représentées par des spires simples dans le schéma. Le nombre des bobines induites est égal à celui des champs magnétiques inducteurs. En appliquant la règle de Maxwell, on voit que la force électromotrice d'induction change de sens , dans les spires mobiles, au moment où celles-ci passent devant les pôles des électro-aimants.
Les forces électromotrices sont de sens contraires dans deux bobines consécutives, mais, par suite du mode de liaison des sections, les courants produits s'ajoutent dans le circuit induit. Ces courants alternatifs sont recueillis par des balais qui pressent sur deux bagues métalliques isolées , fixées sur l'arbre et auxquelles
aboutissent les extrémités du fil induit. Puisqu'il y a autant de changements de sens du courant que de champs inducteurs, il est clair qu'en désignant par p le nombre de ceux-ci et par N le nombre de tours de la machine par seconde, la période du courant est
exprimée en secondes par — j^-
Au lieu de réunir les bobines en tension, comme c'est le cas
ordinaire, on peut aussi les grouper en quantité. On est également libre de constituer plusieurs circuits induits distincts formés chacun d'une ou de plusieurs bobines convenablement associées, chaque groupe communiquant avec un commutateur spécial à deux bagues.
Au besoin, une bague plus large peut servir de prise de courant pour les divers circuits de Tinduit , qui ont alors une extrémité commune ; chacun d'eux communique d'autre part avec le circuit extérieur correspondant par une bague spéciale.
Rien ne s'oppose à ce que le nombre des bobines induites soit un multiple ou un sous-multiple du nombre des champs inducteurs. La seule précaution à prendre est de n'associer entr'elles que les bobines semblablement placées par rapport aux pôles inducteurs, car celles qui ne sont pas dans ce cas donnent lieu à des forces électromotrices ayant des phases différentes.
421. — Induit à tambour. — La machine Siemens, décrite au § 3i5 et pourvue d'un commutateur à deux bagues, constitue un alternateur à tambour. On verra ci-après les moyens employés pour multiplier les bobines induites sur une même armature.
422. — Induit à anneau. Système Gramme. — La machine alternative de M. Gramme présente un exemple d'alternateur à induit annulaire.
Fig. 226.
L'armature qui est fixe se compose, comme l'induit Gramme pour courant continu, d'un anneau recouvert d'un nombre pair de sections contiguës , dont quelques-unes sont figurées dans le schéma ci-dessus.
A rintérieur de Panneau tourne un inducteur en forme de pignon, dont les dents sont entourées de bobines parcourues par un courant continu, lequel est amené par deux balais fixes pressant sur deux bagues portées par Taxe de rotation. Le courant est dirigé de manière à produire des pôles contraires aux extrémités des dents successives du pignon inducteur.
En tournant devant les bobines de Tinduit, les pôles inducteurs font naître dans celles-ci des forces électromotrices dMnduction et les courants alternatifs ainsi produits sont utilisés dans des conducteurs extérieurs reliés à l'induit par des contacts fixes.
Le nombre des dents est généralement un sous-multiple du nombre des sections de Tinduit; on ne doit donc associer en série que les bobines qui sont à chaque instant placées semblablement par rapport aux pôles. C'est le cas pour les bobines b, é, b du schéma. Si donc il y a n sections induites et n' pôles inducteurs, le nombre minimum de circuits distincts qu'on doit former dans
rinduit est — .
423. — Modes d'excitation des inducteurs. — A Texemple de la machine Nollet, quelques alternateurs ont conservé les aimants permanents comme inducteurs. On a vu, au § 342, les inconvénients de ce mode d'excitation. Toutefois, les alternateurs magnétoélectriques ont à leur actif une grande sûreté de fonctionnement qui les a maintenus, malgré leur prix élevé, dans les applications où la sécurité de marche est un élément essentiel; c'est le cas pour les machines destinées à l'éclairage des phares. Le plus souvent, les alternateurs sont dynamo-électriques et les électro-aimants inducteurs sont alimentés par le courant produit par une machine spéciale à courant continu, qu'on désigne, pour cette raison, sous le nom d^ excitatrice.
Cependant, dans quelques cas, pour ne pas multiplier les appareils, on a eu recours à l'auto excitation en dérivation, en envoyant dans les inducteurs une partie du courant produit par l'induit, redressée à l'aide d'un commutateur spécial. Dans une machine bipolaire analogue à celle décrite au § 3 1 5 , l'axe porte alors, outre le commutateur à deux bagues servant à recueillir les courants alternatifs, un commutateur redresseur, § 314, dont les deux coquilles sont réunies respectivement aux deux bagues susdites.
Une seconde paire de balais disposés sous un angle de calage convenable envoie ainsi dans les inducteurs un courant continu. La self-induction considérable des électro aimants atténue les ondulations du courant redressé.
On verra, dans la description de la machine Ganz et C»«, l'exemple d'un commutateur redresseur pour machine multipolaire. Si la dynamo fournit une force électromotrice très élevée, on envoie une partie du courant de Tinduit dans le circuit primaire d'un transformateur. C'est le courant secondaire de basse tension qui est redressé par le commutateur spécial porté par l'arbre de la machine et qui sert à l'alimentation des inducteurs.
424. — Courants de Foucault et hystérésis. — Les alternateurs à disque permettent d'éviter l'emploi du fer dans l'armature, alors que, dans les autres types de machines alternatives, le fer est un élément essentiel de l'induit.
L'emploi du fer a l'avantage de diminuer l'entrefer des machines au point de permettre l'obtention de champs magnétiques très intenses sans grande dépense d'excitation. Par contre, ce métal occasionne dans les noyaux et les pièces polaires des courants de Foucault qu'on atténue en divisant ces masses par des couches isolantes, disposées normalement à la force électromotrice qili détermine les courants parasites. Mais le fer est le siège d'une perte d'énergie inévitable, due au phénomène d'hystérésis et proportionnelle au nombre de cycles magnétiques parcourus par le fer induit en une seconde. Tandis que ce nombre ne dépasse guère 20 dans les machines continues, il varie de 40 à 140 dans les alternateurs. A induction magnétique et à quantité de fer égales, les pertes par hystérésis seraient donc 2 à 7 fois plus .élevées dans les machines alternatives à induit en fer que dans les machines continues. Enfin les noyaux magnétiques accroissent notablement la self-induction de l'armature. Il en résulte une augmentation de la résistance apparente de J'induit et du retard entre la phase du courant et la phase de la force électromotrice due aux champs magnétiques traversés. Nous verrons que ces deux effets apportent une réduction sensible dans la puissance utile de la machine.
A ces divers égards , il est désirable d'employer une armature à disque sans fer, suffisamment aplatie pour ne pas donner lieu à un entrefer trop considérable.
Si Ton a recours au fer, il ne faut pas dépasser, dans Tarmature, une induction magnétique maxima de 5 ooo à 7 000 C. G. S., afin de restreindre, autant que possible , la perte par hystérésis.
Les courants de Foucault dans le fil induit sont beaucoup plus importants dans les alternateurs que dans les dynamos continues, à cause des nombreux pôles inducteurs employés dans les premiers. Cette aggravation de Tinduction parasite se remarque surtout avec les induits à noyaux de fer , qui donnent lieu à des variations brusques du champ magnétique aux moments où se produit Tinversion de polarité dans les noyaux. On combat les courants de Foucault dans les conducteurs induits, en composant ceux-ci de bandes de cuivre étroites, dont le côté le plus large de la section droite est parallèle aux lignes de force du champ, où encore de conducteurs minces formant des faisceaux tordus, § 395.
On déduit du § 189 , en introduisant une valeur moyenne pour la résistance spécifique du fer , les expressions suivantes pour les pertes en courant de Foucault par cm', en désignant par n la fréquence,
f ? — ==- 1 watts
\ io<J /
pour les fils et
pour les tôles.
watts
/ g . Il . 95max \
V 2,5 X io« /
FORMES DIVERSES D'ALTERNATEURS.
4*5. — Alternateur Siemens.]]— L'alternateur Siemens est pourvu d'un induit à disque. Les inducteurs sont constitués par deux couronnes annulaires formant les flasques du bâti et portant des électro-aimants droits auxquels elles servent de culasses.
Les pôles libres des inducteurs, dont l'excitation se fait par une machine indépendante, portent des épanouissements de forme trapézoïdale , ayant pour objet d'étendre et de régulariser les champs magnétiques dans lesquels se meut l'armature. Celle-ci comporte une troisième couronne formée par des bobines dépourvues de noyaux en fer. Ces bobines sont enroulées sur des
d'alternateurs, 555
carcasses évidées portant des joues en maillcchort, percées de trous pour )a ventilation et la réduction des courants de Foucault que la résistance électrique de l'alliage contribue également à atténuer.
Les carcasses sont supportées par un double plateau en bronze, fixé sur l'ase de rotation. Généralement l'induit de la dynamo est divisé en deux circuits desservis par deux commutateurs et deux paires de balais. Ces circuits peuvent être réunis en tension ou en quantité selon les exigences de la distribution de l'énergie électrique développée par la machine.
426. — Alternateurs de Perranti. — Les inducteurs fixes de la machine de M. de Ferranti ont beaucoup d'analogie avec ceux de la machine Siemens, ainsi que le montre la lîg. 228. Dans la vue d'ensemble, les flasques sont séparées en deux parties, mobiles sur des glissières , afin de dégager l'induit. Les noyaux en fer des inducteurs sont pris dans la fonte des flasques. L'attraction des électro-aimants inducteurs extrêmes dispense d'employer des moyens de consolidation énergiques pour la réunion des pièces mobiles en regard, L'écartement des pôles n'est que de 1,9 cm.
556 MACHINES DYNAMO-ÉLECTIQUES.
L'induit , dépourvu de fer et de forme très aplatie , est composé de 20 bobines réunies par deux en quantité et lo en tension. Le conducteur formant ces bobines est un ruban de cuivre nu, dont les spires sont séparées par une lanière de fibre blanche vulcanisée , enroulée avec le ruban sur des noyaux en bronze convenablement divisés par des rainures pour éviter les courants de Foucault.
Fig. 128.
Les bobines sont couvertes d'une couche de gomme laque après leur fabrication. Elles sont montées par l'intermédiaire d'isolateurs en porcelaine sur un disque en bronze fixé à l'arbre de rotation.
Le type de machine représenté dans le dessin est employé à l'usine des Halles de Paris, pour produire 1 25 kilowatts à la tension de 2 400 volls. La vitesse angulaire est de 1 80 tours par minute. La densité de courant dans l'armature est de 6 ampères par mm*.
Le commutateur, comportant des conducteurs à des potentiels considérables, est entouré d'une cage en verre pour prévenir les
DIVERSES d'alternateurs SSj
accidents. La poulie à gorges de la dy.na[no est mise en mouvement par une transmission par cordes. Le graissage des paliers se fait par une circulation d'huile qui arrive par des tuyaux d'un réservoir supérieur, où celle-ci est refoulée ensuite par une pornpe mue par l'arbre de la machine. Une petite dynamo à courant continu, dont l'induit est disposé sur le prolongement de l'axe de la machine alternative, sert à exciter les inducteurs de cette dernière. Pour les petites machines destinées à la production de tensions modérées, M. de Ferranti a imaginé un système d^înduit extrêmement léger. L'armature, fig. 229, ne comporte qu'une seule bobine de forme étoilée, obtenue en enroulant en zigzag un ruban de cuivre accolé à une lanière de fibre. Les boucles intérieures de cet
Fis. "9.
enroulement sont maintenues par des entretoises réunissant deux plateaux en bronze fixés sur l'arbre. Le recouvrement de spires portées à des potentiels très différents ne permet pas de recourir à ce mode d'enroulement pour les dynamos à forces électromotrices considérables.
Dans le premier modèle, les bobines induites sont en nombre égal à celui des champs inducteurs et elles constituent deux circuits induits reliés en dérivation. Dans le modèle de la fig. 229, il est nécessaire, pour obtenir des forces électromotrices qui s'ajoutent dans le circuit induit unique, de développer un nombre de champs inducteurs double de celui des branches de l'étoile. L'étoite à
i6 rayons représentée dans le dessin est excitée par des inducteurs à 32 pôles doubles.
427. — Alternateur Mordey. — L'alternateur Mordey, représenté dans les tîg. 23o et 23i, comporte un induit à disque comme les précédents, mais il en diffère par cette circonstance très caractérîs-
Fig. 23o.
tique de l'emploi d'une seule bobine pour l'excitation des inducteurs. Cette disposition, justifiée par la réduction de dépense que réalise toujours la concentration de la force magnéto -motrice, n'est pas sans amener quelques difficultés dans la construction d'un inducteur à pôles multiples. Celui-ci, tîg. 23 1, est formé d'un
noyau en fer monté directement sur l'arbre mobile et portant, en guise d'épanouissements polaires, deux espèces de pignons dont les dents sont recourbées autour de la bobine magnétisante. Le
FORMES DIVERSES d'aLTERMATEURS. SSç
flux magnétique engendré par cette dernière se subdivise donc en un certain nombre de faisceaux dérivés comprenant des entrefers très réduits.
Cet inducteur, qui restreint notablement les déperditions de flux extérieures, est mobile avec l'axe, lequel porte également l'induit d'une petite machine excitatrice E , destinée à produire le courant nécessaire à la bobine magnétisante.
Dans l'étroit espace ménagé entre les dents opposées des pignons tournants est fixée une couronne formée par les bobines induites, lesquelles sont enroulées sur des noyaux divisés en substance non magnétique et supportées par des carcasses circulaires rigides, se rattachant au socle et aux paliers de la machine.
L'induit d'une dynamo de ce type pouvant développer 2000 volts et 18 ampères a une résistance de 2 ohms environ et possède un coefficient de self induction de o,o35 quadrant.
428. <— Alternateur à anneau de Méritens. — La fig. 232 représente un alternateur pourvu d'un induit à anneau tournant entre des aimants permanents servant d'inducteurs. Les bobines induites sont enroulées autour de segments annulaires, formée de tôles minces et boulonnés sur une roue métallique. Les diverses sections induites sont montées en série et communiquent avec les deux bagues d'un commutateur porté par l'arbre de la machine. Ces machines magnéto-électriques sont très lourdes et, par suite, très coûteuses. Néanmoins, on les a longtemps préférées aux alternateurs dynamo-électriques pour l'éclairage des phares, à cause de la simplicité de leur fonctionnement , qui permet de les confier à des agents peu expérimentés.
43g. — Alternateur Gramme, — Le principe de Talternateur Gramme à induit annulaire a été développé au § 422. La disposition des circuits magnétiques, imitée depuis dans les machines continues de Siemens , réduit au minimum la longueur et , par suite , la reluctance de ces circuits. Par contre, le système présente l'inconvénient de rendre inactive une grande partie du fil de l'anneau et, par conséquent, de conduire à une résistance électrique et à une self-induction relativement fortes pour Tinduit.
430. — Alternateur Kapp. — M. Kapp a atténué cet inconvénient en faisant usage d'un anneau aplati , analogue à celui de M. Brush , §410, tournant entre deux séries de pôles qui couvrent la plus grande partie de la surface de l'armature.
Dans une machine de ce type de 60 kilowratts, la dépense d'excitation est de 3 200 vsratts ; la résistance de l'amature mesure 1,73 ohm et sçi self-induction vaut 0,955 quadrant.
43X. Alternateur à tambour Ganz et O^. — L'inducteur mobile de l'alternateur Ganz et C»« rappelle celui de la machine Gramme. L'armature fixe est un tambour en fer portant des projections intérieures, en nombre égal à celui des dents de l'inducteur , autour desquelles sont enroulées les bobines induites. Il résulte de cette disposition une tendance à la formation de courants de Foucault dans les masses de fer. Aussi une des préoccupations des constructeurs a-t-elle été de diviser ces masses le plus possible.
KoRMis nivERSKS d'alternatei-rs. 56i
l,a carcasse de l'inducieur est obtenue de la manitire suivante. Des tïléments K, découpés en forme de V dans la tôle de Ter doux, sont assemblés de façon à former une étoile. Plusieurs étoiles de ce genre sont supperposées ei isol<ïes, les joints alternant d'une étoile à la suivante. La pile est fortement serrée par des boulons entre deux disques et le tout est fixé sur l'arbre à l'aide de butées N. Les bobines M sont glissées sur les dents du pignon et maintenues par des pièces spéciales H, fixées au noyau par des boulons.
Les éléments lamellaires des noyaux, des bobines induites ont la forme K'. Ils sont réunis entre des plaques de bronze S' et serrés par des boulons C". Ces noyaux sont assemblés aux traverses T qui entretoisent les flasques du bâti. Leurs bases constituent un
Fig. 233. Fig. 234.
tambour polygonal feuilleté formant culasse. Ce montage permet d'enlever séparément chaque section induite et facilite les réparalions de l'armature.
A la droite du dessin se voit le commutateur redresseur de la machine qui est auto -excitatrice, La fig. 235 en indique le schéma pour une machine à six pôles.
Le circuit inducteur communique d'une part avec trois lames p. p', p", d'autre part avec trois autres lames n, n\ n". Une dérivation prise sur le circuit induit aboutit aux deux paires de balais. Si la tension de la machine est trop forte , on fait subir à ce courant
dérivé une transformation en l'envoyant dans une bobine d'induction dont le circuit secondaire est alors réuni aux deux couples de balais. Les lames du commutateur sont séparées par de larges espaces isolants qui, dans la pratique, sont formés de lames métalliques isolées au mica. Les balais sont calés de telle manière que les communications sont interverties entre l'induit et les inducteurs lorsque le courant induit est renversé , les bobines excitatrices étant ainsi parcourues par des courants redressés. Les doubles
Fig. 235.
balais ont pour objet de mettre les inducteurs en court-circuit pendant la durée de l'inversion du courant induit. Il naît alors, dans les bobines excitatrices, un extra-courant qui prolonge le courant antérieur et adoucit les ondulations du flux excitateur. L'angle de calage des balais se détermine pratiquement à la manière ordinaire, en déplaçant ces derniers avec le collier qui les supporte jusqu'à réduire les étincelles au minimum.
432. — Alternateur Westinghouse. — L'alternateur Westînghouse, très répandu aux Etats-Unis, possède un induit à tambour comme le précédent. L'inducteur fixe comprend, comme l'induit Ganz et C>«, un tambour circulaire portant des projections intérieures sur lesquelles sont glissées les bobines excitatrices. Toutefois, ici le tambour est en fonte et coulé d'une seule pièce
FORMES DIVERSES d'aLTEHNATGUHS. 51)3
avec les noyaux des bobines, comme dans beaucoup de machines continues muliipolaircs. Le noyau de l'armature est un cylindre formé de disques en fer isolés, empilés sur l'arbre et serrés entre des butées en bronze. Le corps du noyau est percé de trous pour la ventilation. Sa surface porte en saillie des lames de laiton rivées aux butées et qui servent de séparation et de supports pour les bobines induites. Celles-ci sont en nombre égal à celui des pôles
Fig. 236.
inducteurs et disposées à plat sur le tambour mobile. Des frettes serrent fortement les bobines méplates sur celui-ci. Des couches de mica séparent d'ailleurs les bobines des pièces métalliques voisines. Les sections de l'induit forment un seul circuit communiquant avec les deux bagues .du commutateur représenté entre le palier de gauche et le tambour. Les inducteurs sont excités séparément par ■ une petite machine à courant continu.
Comme on le voit, les bobines induites n'ont pas, à proprement parler, de noyaux en fer. De même que dans les induits unis des machines continues, elles tournent dans le champ développé entre les pôles inducteurs et le tambour qui les supporte.
MACHINES DYNAMO -ÉLECTHfQUES.
433. — Alternateur d'OerlikoD. — La maison d'Oerlîkon a étudié un type d'aUcrnateur à tambour, dont l'inducteur est pourvu comme l'inducteur Mordey d'une bobine excitatrice unique.
Fig. 237-
Fig. 238.
Une poulie en Tonte, en deux pièces, c, d, porte, dans une gorge, la bobine magnétisante unique. Sur la poulie sont boulonnés deux anneaux d'acier a, b, munis de projections latérales alternées. Les projections appartenant aux deux anneaux s'aimantent en sens inverses et tournent à l'intérieur de l'induit. Ce dernier, destiné à engendrer un courant intense sous une différence de potentiel moyenne, se compose d'un anneau feuilleté présentant des perforations analogues â celles de l'induit Brown décrit au § 394. Dans ces perforations sont passées des barres conductrices isolées à l'amiante. On évite de la sorte, les courants de Foucault dans les conducteurs induits ; on réduit l'entrefer et, par suite, la dépense
FORMES DIVERSES D ALTERNATEURS
566 MACHINL'S DYNAMO-ÉLECTRIQUES.
d'excitation ; enfin, on donne à la machine une solidité remarquable.
Un alternateur de ce type, représenté dans la fig. 239 et construit pour donner, à i5o tours, trois courants distincts de i 400 ampères et 5o volts, ne porte que 3oo kg de cuivre et présente un poids total de 9 000 kg. L'induit peut être reculé parallèlement à Taxe, de manière à découvrir l'inducteur et à faciliter la visite et les réparations.
434. — Alternateur Kingdon. — Cette machine est caractérisée par Tabsence de conducteurs mobiles. Les bobines inductrices et les bobines induites sont enroulées alternativement autour de projections intérieures portées par un tambour en fer analogue à celui des alternateurs Ganz et C'«. Un pignon à dents feuilletées tourne à l'intérieur du tambour. La rotation des dents modifie continuellement la résistance des circuits magnétiques comprenant les noyaux des bobines inductrices et ceux des bobines induites. 11 en résulte, dans ces dernières, des courants périodiques.
435. — Alternateur à haute fréquence. — M. Tesla a combiné, pour des expériences dont on parlera dans la suite, un alternateur destiné à produire un nombre très élevé de périodes par seconde. Les pôles inducteurs, au nombre de 400, sont disposés suivant deux couronnes entre lesquelles tourne un disque induit composé de bobines méplates à noyaux de fer.
Les champs magnétiques qu'on peut obtenir dans ces conditions sont très faibles; mieux vaut utiliser le dispositif de M. Mordey, qui se prête à l'obtention de champs plus intenses.
436- — Variations de la force électromotrice d'une machine à courants alternatifs. Détermination de ces variations. — La
machine à courants alternatifs est la dynamo la plus simple au point de vue de la manière de recueillir le courant, mais sa théorie présente des difficultés beaucoup plus grandes que celle des machines à courant continu , car, alors que dans ces dernières les variations de la force électromotrice sont généralement négligeables, la force électromoirice d'une machine à courants alternatifs est essentiellement variable et cette variation peut être soumise à des lois très complexes.
FORMES DIVERSES d' ALTERNATEURS 5 67
Pour étudier ces lois, il existe diverses méthodes. Un premier moyen consiste à déterminer par l'un des procédés décrits aux §§ 248 et 249 , la distribution du champ dans lequel se meut le fil induit et à déduire de là , en appliquant la loi générale de Tinduction, la courbe qui représente en fonction du temps la force électromoiice d'un circuit qui se meut dans ce champ avec une vitesse angulaire uniforme.
Cette méthode ne s'applique simplement qu'au cas d'un induit à disque sans fer ou d'un induit à noyau uni, car s'il existe une denture au noyau, la distribution des lignes de force du champ varie avec la position de l'armature et il faut déterminer cette distribution pour un grand nombre de positions successives.
On conçoit qu'en modifiant la forme des pièces polaires, on puisse , dans une certaine mesure , changer le taux de variation du flux qui traverse les bobines induites en mouvement et , par suite , modifier la forme de la courbe figurant la force électromotrice. Les ondes de cette courbe présenteront des crêtes aplaties ou élancées suivant que les pièces polaires couvrent une surface plus ou moins grande de l'armature.
Un second procédé, employé avec succès par M. Joubert, permet de trouver expérimentalement les points successifs de la courbe qui représente la force électromotrice en fonction du temps.
Pour obtenir le point correspondant à une position déterminée de l'induit, un condensateur est disposé de manière à être relié à cet induit à l'instant considéré. Dans ce but, l'une des extrémités du circuit mobile communique avec Tune des armatures du condensateur par l'intermédiaire d'une bague fixée sur l'arbre de rotation et d'un balai. L'autre extrémité du circuit est rattachée non pas à une bague fermée, mais à une lame de cuivre étroite, incrustée dans une bague isolante et disposée parallèlement à l'axe de rotation.
Un second balai , relié à l'armature libre du condensateur et pressant sur cette bague, touchera un instant la lame à chaque révolution de l'armature. Si l'on fixe le balai dans une position repérée, les contacts successifs avec la lame tournante chargeront le condensateur à une différence de potentiel précisément égale à la force électromotrice que développe Tinduit dans la position considérée. On déterminera cette différence de potentiel à l'aide du galvanomètre balistique, suivant le procédé décrit au § 228. En répétant
Tcxpérience pour une série de positions du balai, correspondant à des écarts angulaires faibles autour de la bague isolante , on arrivera à tracer par points la courbe considérée.
Celte méthode, appliquée par M. Joubert à la machine Siemens, § 425, à induit sans fer, lui a permis de reconnaître que la force électromotrice de cette dynamo est liée au temps par une fonction qui peut être représentée pratiquement par une sinusoïde simple, lorsque la machine fonctionne à circuit ouvert.
E 1= Emax. Sm -^ t = Emax. sin aty
Emax. étant la force électromotrice maxima et T la durée d'une période, c'est à dire d'une oscillation double de la force électromotrice.
MM. Searing et Hoffmann ont trouvé également une forme de courbe se rapprochant de la sinusoïde en opérant sur un alternateur Westinghouse.
Dans ces expériences , il arrive parfois que Télectricité statique, développée par le frottement de la courroie sur la poulie de la machine, donne au condensateur une charge auxiliaire qui peut fausser les résultats. 11 faut avoir soin de relier Tarbre de la machine à la terre pour éviter cette perturbation.
Une troisième méthode , employée par rauteur(^), repose sur l'enregistrement direct du courant fourni par la machine dans un circuit assez résistant pour que la force électromoirice due au champ des inducteurs ne soit pas altérée par les réactions d'induit.
A cet effet, la dynamo tourne d'un mouvement lent et uniforme, obtenu par un moteur électrique dont la poulie est considérablement plus petite que celle de ralternateur. L'armature de ce dernier est reliée à un galvanomètre, du genre Deprez et d'Arsonval , dont le champ est produit par un électro-aimant énergique.
Les pièces polaires de celui-ci sont deux plaques de fer parallèles et très rapprochées entre lesquelles oscille une petite bobine très légère portant un miroir. La suspension métallique de cette
(*) Bulletin de V Académie de Belgique, 1888. Lumière Electrique, t. 3i, p. 16.
FORMKS DIVERSES D ALTERNATEURS.
bobine est réglée de manière que la période d'oscillation en circuit ouvert soit très courte relativement à la période de variation de la force électromotrice étudiée. Un shunt rend le galvanomètre tout à fait apériodique. Dans ces conditions, les oscillations du miroir, inscrites par le procédé décrit au § 223, fournissent directement la courbe cherchée.
L'expérience, faite sur la machine alternative Siemens que possède le laboratoire de Tlnstitut électrotechnique de Liège, a donné une sinusoïde simple, Talternateur tournant à circuit ouvert.
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rig. 240.
Pour d'autres machines, particulièrement celles qui possèdent une armature à noyaux de fer, la courbe peut offrir des déformations, par suite de Tentraînemcnt des lignes de force par les noyaux et présenter des ondulations plus ou moins complexes.
M. Blondel (i ) a obtenu un oscillographe qui permet d'enregistrer des courants alternatifs de courte période , en fixant le miroir oscillant entre les épanouissements en forme de lames de ressort des pôles d'un fort électro aimant. Une bobine fixée entre les pôles tend à faire dévier en sens inverse les deux extrémités des ressorts. L'amortissement est obtenu en faisant baigner ceux-ci dans le baume de résine.
437. — Cas d'une fonction- sinusoïdale simple. — Dans le cas où la force électromotrice due au champ peut être considérée comme une fonction sinusoïdale simple du temps et où le coefficient de self-induction du circuit est supposé constant, on a vu, au § 180,
{*) Comptes rendus, 6 mars et 10 avril 1893.
que rintensité du courant est représentée également par une sinusoïde simple dont l'expression est, en conservant les notations de ce paragraphe et en remarquant que T exprime ici, non pas la durée d'une révolution complète de l'induit, mais celle d'une période.
Emax. ( 2 TZt \ := Sm ( -7]^ Ç I
max*
sin (a/ — 9)=:Iniax. sin(a^— ç>),
où 3p =r arc tang a
En appelant t la constante de temps du circuit induit, on peut mettre Tcquation du courant sous la forme
• l^mnx-
. T sm [at — arc tang ai)»
Celte équation montre que la self-induction du circuit, laquelle développe une force électromotrice antagoniste par rapport à celle due au champ, réduit l'intensité du courant dans le rapport de la résistance réelle r à la résistance apparente
En outre, la phase du courant est en retard sur la phase de la force électromotrice due au champ d'une quantité d'autant plus grande que la constante de temps du circuit induit est plus considérable.
L'angle <p , appelé angle déphasé^ correspond à l'angle décrit par l'armature entre les positions pour lesquelles la force électromotrice due au champ et le courant sont maxima. Cette différence de phase est rendue visible quand un alternateur alimente une .lampe à an: voltaïque qui éclaire la machine. Aux moments où le courant atteint sa Valeur maxima, l'arc subit un accroissement d'éclat qui détache nettement la position occupée par l'armature. On constate, à cet instant, que les bobines induites n'occupent pas une position symétrique par rapport aux pôles, ce qui est le cas lorsque la force électromotrice due au champ est maxima.
Les valeurs de la force électromotrice et du courant qu'on mesure respectivement avec le voltmètre Cardew ou l'électro-
FORMES DIVERSES d' ALTERNATEURS. 57 I
mètre et rélectrodynamomètre sont la force éleciromotricc et l'intensité efficaces, exprimées par
s/ {e^)m = Eeff et y (/ajm = leff .
Ces valeurs diffèrent, comme on Ta vu au § j 82, de la force électromotrice et de rintensité moyennes.
Dans le cas d'une fonction sinusoïdale simple, nous rappellerons que les valeurs efficaces sont égales aux valeurs maxima correspondantes multipliées par -p =0,71.
L'intensité efficace du courant est la seule importante en pratique. C'est d'elle que dépendent les effets calorifiques et électrodynamiques qui servent de bases au fonctionnement des lampes et des moteurs électriques. L'intensité moyenne ne régit que les actions galvanométriques ou électrolytiques qui ne sont pas jusqu'à présent du ressort des courants alternatifs.
Les valeurs maxima de la force électromotrice et du courant sont, à certains égards, très utiles à connaître. Les effets physiologiques dépendent de la première de ces quantités, tandis que l'action magnétisante est liée à la" seconde. Ainsi donc, au point de vue des dangers que peut offrir un circuit parcouru par des courants alternatifs, comme au point de vue de l'aimantation maxima et partant des phénomènes d'hystérésis, on devra posséder les valeurs maxima des deux grandeurs considérées.
Dans l'hypothèse d'une fonction sinusoïdale simple et d'une selfinduction constante, les questions qu'on peut avoir à résoudre ne présentent que des difficultés de calcul ; mais ces conditions ne se vérifient guère qu'avec certaines machines à induits sans fer agissant dans les circuits également dépourvus de fer. Dans l'hypothèse contraire, comme aussi lorsqu'il existe dans le circuit extérieur des forces électromotrîces variables telles qu'en occasionnent les lampes à arc, les expressions que nous avons données ne peuvent être considérées que comme une première approximation simplement destinée à donner l'ordre de grandeur des quantités cherchées.
Si la courbe des forces électromotrices présente une forme plus complexe que celles examinées précédemment, elle peut toujours,
comme Ta montré Fourrier, être représentée en fonction du temps par une série de sinusoïdes simples dont les ordonnées s'ajoutent.
Dans ce cas, l'effet de la self-induction ou inertie électromagnétique du circuit tend à régulariser la courbe des intensités et à adoucir les variations brusques, de même que l'inertie du volant d'une machine corrige les écarts subits de la vitesse.
Toutefois, lorsque la self-induction est produite dans l'armature ou dans le circuit extérieur par des noyaux en fer, la courbe des intensités peut être notablement affectée par les variations de la perméabilité de ces noyaux. Cette perméabilité, qui atteint environ 2 000 dans le fer pour les inductions faibles ou moyennes, tombe à une valeur très faible si l'induction est considérable. Cette circonstance a pour effet d'aplatir les sommets des ondulations de la courbe du courant, lorsque celui-ci atteint des intensités correspondant à des forces magnétisantes supérieures à celles du coude de la courbe du magnétisme.
puissance d'un alternateur dépend de la différence de phase entre la force électromotrice due au champ et le courant.
Dans le cas d'une fonction sinusoïdale simple, la puissance moyenne est exprimée, en fonction des valeurs efficaces et de l'angle de phase, par
Pm = y/ (e^)m \J {f'^jm COS9 § 182
= Ecff leff COS9.
Cette équation montre que la puissance d'une machine à courants alternatifs est d'autant moindre que l'angle de phaàe est plus grand, c'est à dire que la self-induction de l'induit est plus considérable. Toutes autres conditions égales, les induits à noyaux en fer fourniront, par conséquent, pour les dimensions données, un effet utile moindre que les induits sans fer.
La fig. 24.1 montre, aux pertes de divers ordres près, les valeurs de la puissance dépensée pour mouvoir l'alternateur, dans les positions successives de l'armature. Les ordonnées de la courbe des puissances ei sont les produits des ordonnées respectives de la courbe des forces électromotrices dues au champ et de celle des intensités.
FORMES DIVERSES D^LTERNATEURS. SjS
Ce diagramme montre qu'il se produit dans les alternateurs un effet curieux comparable à celui du volant dans les moteurs à vapeur. L'inertie du volant absorbe une partie du travail de la vapeur pendant le déplacement du piston , pour la restituer à la fin de la course, de sorte que cet organe agit successivement comme résistance et comme puissance.
Fig. 241.
Un rôle analogue est réservé à l'inertie magnétique ou selfinduction du circuit d'un alternateur. Pendant la période croissante de la phase du courant , la puissance dépensée est absorbée en partie pour créer un flux magnétique, c'est à dire pour aimanter le milieu qui environne le circuit. Mais, pendant la période de décroissance du courant, l'énergie ainsi absorbée est restituée; de là les ordonnées négatives de la courbe des puissances. La puissance dépensée est alors négative, puisque l'énergie est empruntée à la machine même, cette dernière faisant momentanément office de moteur. A la limite, dans le cas théorique 011 l'angle de phase correspondrait à un quart de période, les ondes positives de la courbe des puissances seraient égales aux ondes négatives, de sorte que la puissance moyenne deviendrait nulle; Ténergie fournie au milieu ambiant, pendant une moitié de la phase du courant, serait restituée pendant l'autre moitié.
Ces réactions, qui se produisent dans l'induit des alternateurs et qui sont la cause d'une variation périodique du couple résistant de ces machines, expliquent pourquoi celles-ci occasionnent des vibrations qui se traduisent par un ronflement plus ou moins sonore, particulièrement lorsque l'induit renferme des noyaux en fer, car, dans ce cas, outre l'accroissement des effets de self-induction, il y a des modifications moléculaires et des changements de volume périodiques des noyaux.
La self-induction des alternateurs et de leurs circuits extérieurs réduit la puissance utile de ces appareils et obligea accroitre leurs dimensions pour produire un effet utile donné; d'où une diminution dans le rendement. Pour tourner cette difficulté, M. Swînburne conseille de mettre un condensateur en dérivation sur les bornes de Talternateur, en vue de neutraliser , en tout ou partie, l'effet de la self- induction intérieure. La seule objection est la difficulté de réaliser économiquement des condensateurs de grande capacité, susceptibles de résister aux tensions alternatives élevées.
439. — Essais des alternateurs. — Les essais mécaniques à appliquer aux alternateurs sont en tout semblables à ceux qu'on fait subir aux machines continues, § 36o. Les essais électriques doivent être faits en tenant compte des précautions à adopter dans la mesure des courants alternatifs et qui ont été indiquées aux §§ 244, 245 et 246.
La manière la plus simple de relever les facteurs de la puissance électrique d'un alternateur consiste à relier ce dernier à un circuit extérieur composé de deux conducteurs jointifs tendus en zigzag et parcourus par le courant en sens inverses, ce qui annule pratiquement la self-induction. Supposons que la section de ces conducteurs soit suffisante pour que réchauffement occasionné par le courant n'accroisse par leur résistance R d'une manière sensible. L'électrodynamomètre ou le voltmètre permettent alors de déterminer aisément la différence de potentiel aux bornes Eeff, ou l'intensité, lerr, ainsi que la puissance moyenne utile,
Pm = Eeff leff = I^eff R = ^ »
Souvent, le circuit extérieur est composé de lampes à incandescence, dont la self-induction est négligeable, mais dont la résistance à chaud est difficile à déterminer exactement. Dans ce cas, le wattmètre Zipernowski donne un moyen d'évaluer la puissance utile, sinon d'une manière rigoureuse, du moins avec l'approximation exigée dans les essais industriels.
Dans Texpression du rendement industriel d'une machine alternative, le numérateur indique la puissance moyenne disponible et le dénominateur est la puissance mécanique absorbée par l'alternateur.
FORMES DIVERSES D ALTERNATEURS.
à laquelle il convient d'ajouter éventuellement le travail fourni par la machine excitatrice.
Si Ton admet que la force électromotrice et le courant obéissent à la loi sinusoïdale simple, on peut déduire la self-induction de rinduit d'un alternateur de la connaissance des résistances intérieure r et extérieure R, cette dernière étant supposée non-inductive.
On a, en effet, la relation
Eeff = leff y/ {r + R)^-\-a^Z'\
où Eeff représente la force électromotrice efficace totale de Talternateur. Donc
440. — Caractéristiques. — La courbe par laquelle on caractérise le plus souvent les conditions de fonctionnement d'un alternateur est celle qui, à la vitesse normale, montre la chute de la différence de potentiel efficace aux bornes de Tinduit en fonction du courant efficace développé par c^lui-ci, l'excitation des inducteurs étant constante.
Cette courbe, fig. 242, donne immédiatement une idée de la résistance apparente de l'armature et de son effet démagnétisant sur les inducteurs excités par un courant invariable.
■Si
Ji anipe/'es
Fig. 242.
La réaction d'induit dans les alternateurs dont Tarmature est pourvue d'un noyau de fer est généralement considérable et l'on peut souvent mettre ces alternateurs en court-circuit sans provoquer un courant excessif. Il arrive même, dans les alternateurs à induit et à inducteur dentelés du genre Ganz, que la réaction de l'arma-
MACHINES DYNAMO ELECTRIQUES.
lure régularise le courant et rend celui-ci constant lorsque la charge varie.
Si Ton excite une machine semblable par une petite dynamo continue, le courant de celle-ci est fortement ondulé par suite des oscillations du flux dans les inducteurs, causées par la variation de la résistance des circuits magnétiques.
On peut également tracer les courbes montrant les variations de la différence de potentiel aux bornes en fonction du courant d'excitation, § 376. En opérant ainsi successivement, à circuit ouvert, puis en circuit fermé sur des résistances réglées de manière à maintenir des courants efficaces constants, malgré les excitations croisssantes, on obtient une série de courbes qui accusent les réactions d'induit pour diverses valeurs de l'excitation et du courant utile. Si l'induit est dépourvu de fer, sa réaction magnétique est faible et les différences des ordonnées qui, dans les courbes précédentes relatives au circuit ouvert et à un débit donné, correspondent à une même abscisse, représentent simplement, pour le courant efficace Urr considéré, la valeur lecr r ou
Eeff - Icff si R2 -h a^ r\
Eeff étant la différence de potentiel efficace aux bornes à circuit ouvert et £ le coefficient de self-induction du circuit extérieur.
